波分系统中OTU ALS功能和光功率维护问题探讨

汪令全   张晖
网络操作维护中心

摘要：
 结合网络故障分析了增益锁定型波分系统中OTU启用ALS功能可能出现的问题，提出维护建议并讨论了光功率优化的重要性。

一．波分系统介绍
 随着通信业务的迅速发展，DWDM系统已得到了大量应用，特别是在长途骨干传输网中波分系统承载了绝大部分的业务，所以波分系统的维护也越来越重要。一个波分系统的基本结构如图1所示：
图1
 其中OA（光放大器）主要功能是将输入的光进行功率进行放大以供长距离传输，在波分系统中OA的增益锁定非常重要，因为波分系统是一个多波长的工作系统，当某些波长信号失去时，由于增益竞争，其能量会转移到那些未丢失的信号上，使其它波长的功率变高。在接收端，由于电平的突然提高可能引起误码。在极限情况下，例如8路波长中7路丢失时，所有的功率都集中到所剩的一路波长上，功率可能会达到17dBm左右，这将带来强烈的非线性或接收机接收功率过载，也会带来大量误码。OA增益锁定和不锁定时性能的比较如图2、图3所示：

图2增益不锁定时光放大器掉波、上波增益变化图

图3增益锁定时光放大器掉波、上波增益变化图
 实现OA增益锁定有许多种技术，典型的有控制泵浦光源增益的方法。OA内部的监测电路通过监测输入和输出功率的比值来控制泵浦源的输出，当输入波长某些信号丢失时，输出功率和输入功率的比值会增加，通过反馈电路，降低泵浦源的输出功率，保持OA增益（输出/输入）不变。
 另外还有饱和波长的方法。在发送端，除了工作波长外，系统还发送另一个波长作为饱和波长，在正常情况下，该波长的输出功率很小，当线路的某些信号丢失时，饱和波长的输出功率会自动增加，用以补偿丢失的各波长信号的能量。当线路的多波长信号恢复时，饱和波长的`输出功率会相应减少。从而保持EDFA输出功率和增益保持恒定。
 光放大器实现增益锁定后，当输入信号强度增大时相应的输出光功率也增大，但当输入光功率增大到一定值后就进入了饱和区，此时输出光功率将不会继续按比例放大而是保持在一相对固定值，在饱和区内放大器增益不再锁定而是呈下降趋势的，如图4所示。
 
 图4
 当光缆中断等情况造成输入光信号丢失时，根据ITU G.664建议，为防止出现光浪涌要采用ALS(automatic laser shutdown)机制来保护光放大器。OTU（光波长转换单元）在波分系统中主要用来完成光波长转换和光信号中继再生，但有些设备的OTU也具备 ALS功能，如现网上的华为波分系统。 OTU的ALS功能可以通过网管设置为Enable/Disable，当ALS功能打开时，OTU检测到LOS（输入信号丢失）时就会自动启用ALS，关闭激光器停止发光。
 具备ALS功能的OTU有利于保护激光器，延长其使用寿命，并有利于维护人员对激光器操作时的安全防护，但在波分系统维护中也发现了一些问题，下面结合几个典型故障来具体分析。

二．维护中发现的问题
1．引起线路光功率振荡
 1）故障现象
 西南环波分系统在南宁至贵阳之间光缆中断，南宁－贵阳之间业务会受影响，但同时却导致了贵阳到成都的两条2.5G IP电路中断。西南环波分为增益锁定型，该2.5G电路是开在同一10G波道的OCU（四路STM-16与单路STM-64转换单元）端口上，在重庆站是通过背靠背的OCU直接串通到成都。波分系统拓扑如图5所示：

图5
告警查询分析
 通过分析网管上的告警记录我们看到：在光缆中断期间，贵阳站(重庆方向)OCU的10G波分口有MS-RDI和MS-REI告警；在重庆站(贵阳方向)OCU的10G波分口有B1EXC（B1误码越限）和BEFFEC_EXC（FEC纠错前误码越限）告警，而其2.5G客户侧端口报MS-RDI告警；在重庆站（成都方向）OCU的2.5G客户侧端口有MS-AIS告警；在成都站OCU的2.5G客户侧端口有MS-RDI告警。
 由于在重庆站(贵阳方向)OCU的10G波分口有B1EXC，故向其客户侧下插MS-AIS，同时向贵阳站(重庆方向)OCU的10G波分口回告MS-RDI和MS-REI。重庆站（成都方向）OCU 2.5G端口收到上游发过来的MS-AIS信号后，下传MS-AIS告警同时回告MS-RDI。最后成都站OCU的2.5G端口将上游传过来的MS-AIS信号发给路由器POS口，路由器收到MS-AIS后，回告MS-RDI。所以这些告警传递机制都是正常合理的，关键问题是光缆中断时重庆站(贵阳方向)OCU的10G波分口为什么会产生B1EXC？
 3）故障分析
 为查障我们采集了光缆中断时波分系统该中继段各站的光性能数据，分析后发现当南宁至贵阳间光缆中断时，由于西南环波分各波的0TU板均启用了ALS功能，导致在贵阳站串通的波发生中断。从理论上分析贵阳发至重庆方向主光通道光功率应下降，但重庆收贵阳各波OTU板波分侧收光功率却都提高了3dB左右。
 然后检查贵阳至重庆段间各光放大站的光功率，发现赶水光放站光放大板的输入光功率在光缆中断后有3dB左右的下降，而输出却只略降0.2dB。进一步分析后发现主要原因是该放大板的输入光功率一直过高，当前为0dBm，放大器已经进入饱和区（该单板的饱和区临界值是-3dBm），进而导致南宁至贵阳之间光缆中断时，贵阳站串通的十几个波道因ALS机制激光器自动关闭，所以发往重庆方向的波数减少了十几波，放大器发光功率也降低了3dB。但因赶水站光放大器一直工作在饱和区，赶水站输入虽有降低但光放大器的增益却相对提高了，所以重庆收赶水方向的输入光功率几乎没有变化。
 由于贵阳发重庆方向的波道数减少了十几波，但总的光功率变化很小，所以每个单波道的功率值就相应提高了。又因该故障波道在贵阳与重庆之间光缆中断前光功率已是偏高，中断后此波道光功率又提高了3dB，导致该波道出现非线性效应引发B1EXC告警，最终导致此单板向客户侧下插了MS-AIS，引起贵阳到成都的两条2.5G IP电路中断。
 通过调节赶水收贵阳方向的衰耗降低输入光功率后故障消失。但只对局部光功率作调整可能会影响到其他站的光性能，所以还要对波分系统的光功率进行全程优化。

2．光线路信号丢失告警扩散

图6
 一波分系统如图6所示：D站是只作业务转接串通的中继站，当B站和C站之间的光缆中断时，通常我们在网管上将看到A、B、C、D站报光线路LOS告警，这是因为光放大器的ALS功能起作用后自动关闭前后光端站(OTM)之间的光放大器，维护人员再结合OSC（光监控信道）信号丢失等告警信息即可定位光缆中断的段落。但若此波分系统的OTU都启用了ALS功能，在网管上就会看到E、F、G等站也报光线路LOS告警，这是因为光缆中断后D站的每个波OTU收C站方向LOS后都会自动关闭发向E站的光，所以E站的光放大器也会收到LOS，这样LOS告警一直扩散到有上下业务的光端站才中止。对于这种B－C之间的光缆故障引起A－G之间各站都出现光线路LOS告警，将会影响维护人员迅速定位故障段落，延长障碍处理时间。

3．单波道丢失告警扩散

图7
 一条北京至西安的电路路由如图7所示：广州－成都段承载在波分系统Ⅰ上，在成都站将该波道转接到波分系统Ⅱ后传到西安，系统Ⅰ和Ⅱ采用不同厂家生产的设备。西安客户申告其设备收MS-AIS告警，查看网管发现系统Ⅱ该波道在成都转接处OTU上有LOS告警，这时维护人员会很自然地想到障碍点出在成都转接处，但成都处理后故障并没有消失。经过逐段测试，最后却发现是由于广州端客户设备发光端口故障引起。因为系统Ⅰ上的OTU启用了ALS功能，所以广州波分收客户侧光信号LOS时，会一直往下传递LOS直到成都转接处。对于这样单波道的故障信息从广州扩散到成都，加上地域跨度大沟通协调不便，会直接影响到故障的及时处理。

三．维护建议
 根据上述几种故障现象和维护经验，我们认为在现网中将OTU的ALS功能禁止有利于波分系统和业务的维护，并能减少线路故障、波道调度、波道测试等操作所引起线路光功率的波动，有利于波分系统的稳定运行。
 现在全国各地市政工程、道路施工、地质灾害较多，所以光缆要经常做割接，一条干线光缆多个段落多次割接后，其段落衰耗等性能指标也将会同工程设计时有偏差，再加上光器件的老化，运行环境的变化等因素都会影响到波分系统的光功率发生变化。因此在维护中定期检查波分系统的光功率值是日常维护作业计划的重要内容之一，对采集的数据进行分析以便及时发现系统隐患，并且要加强干线系统的巡检，根据分析结果对整个波分系统的光功率进行优化，保持光功率均衡对波分系统和业务的稳定运行非常重要。
 
 
四．参考文献：
[1] Huawei,”OptiX BWS 320G 骨干DWDM光传输系统 手册”
[2] Huawei,”课程 TC000003 WDM 原理”
[3] Nortel Networks,”OPTera Long Haul 1600 Optical Line System NTP Library”
[4] 张成良,”光传送网络的安全和要求”
[5] ITU-T Rec.G.664，”Optical safety procedures and requirements for optical transport systems”